第11章运放设计补充精品PPT课件

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北大微电子：模拟集成电路原理
最小宽度(width)
• 掩模版定义的几何图 形，其宽度必须大于 某个值
• 偏差：取决于光刻和 工艺水平
• 层厚度越小，该层允 许的最小宽度也越小
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北大微电子：模拟集成电路原理
最小间距(spacing)
• 同层图形：
– 金属短路
• 不同层图形：
– 扩散区与多晶硅
• 运放的带宽极限 • 常见的运放结构 • 偏置电路的设计 • 版图设计
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北大微电子：模拟集成电路原理
五MOSFET运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
套筒式共源共栅运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
对称结构运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
对称结构运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
而M
2取
W1 ，因此M N L1
23的等效沟长 N
1
L1
设Vdsat1 Vdsat，则Vdsat 3 Vdsat，Vdsat 23
Vb2 Vb1 N 1 1 Vdsat
Vb2 Vb1 Vdsat，所以N 3
通常N的取值为4 ~ 6
N 1 Vdsat
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北大微电子：模拟集成电路原理
北大微电子：模拟集成电路原理
• 运放的带宽极限 • 常见的运放结构 • 偏置电路的设计 • 版图设计
– 设计规则 – 天线效应 – 减小栅电阻与漏寄生电容 – 对称性设计
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设计规则
北大微电子：模拟集成电路原理
• 设计规则分类
– 最小宽度(width) – 最小间距(spacing) – 最小包围(enclosure) – 最小延伸(extension)
折叠共源共栅运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
两级Miller运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
两级Miller运放
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北大微电子：模拟集成电路原理
两级Miller运放
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本讲内容
北大微电子：模拟集成电路原理
• 运放的带宽极限 • 常见的运放结构 • 偏置电路的设计 • 版图设计
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北大微电子：模拟集成电路原理
• 图a：简单折叠，减小漏端电容 • 图b：减小栅电阻Rg，使Rg<1/gm • 低噪声应用：Rg为1/gm的1/5~1/10。 • 以上Rg、gm为单个叉指管的参数
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北大微电子：模拟集成电路原理
叉指数目：奇数vs偶数
叉指数目为偶数时 漏区面积最小 通常叉指数目为偶数
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北大微电子：模拟集成电路原理
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北大微电子：模拟集成电路原理
最小包围(enclosure)
• 如N扩散区应被N注 入区包围
• Cantact应被Poly或 者Metal1包围
• 在被包围图形周围留 够余量
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北大微电子：模拟集成电路原理
最小延伸(extension)
• Poly在有源区外延伸
– 工艺偏差 – 确保边缘部分正常
北大微电子：模拟集成电路原理
第11章 运放设计补充
授课教师：鲁文高 Email:
2008年5月19日、22日
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本讲内容
北大微电子：模拟集成电路原理
• 运放的带宽极限 • 常见的运放结构 • 偏置电路的设计 • 版图设计
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北大微电子：模拟集成电路原理
MOSFET的寄生电容
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北大微电子：模拟集成电路原理
1
L1
设 Vdsat0 Vdsat ，则Vdsat5 Vdsat ，Vdsat45
Vb3 Vb4 M 1 1 Vdsat
Vb4 Vb3 Vdsat，所以M 3 通常M的取值为4 ~ 6
M 1 Vdsat
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北大微电子：模拟集成电路原理
Vb1~Vb4的产生
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本讲内容
折叠共源共栅运放
Vb4 Vb3
Vb2 Vb1
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北大微电子：模拟集成电路原理
偏置电路(NMOS)
W1/L1 W1/NL1 W1/L1
Vb1 VGS1 Vth1 Vdsat1 M 2、M 3串联后的晶体管M 23
VGS 23、Vdsat 23
Vb2 Vb1 VGS 23 VGS 2
若M1、M 3均取 W1 L1
MOSFET的截至频率fT
CGS
2 3
WLCox，而gm
nCox
W L
Vdsat，Cox
3 fF
/2
iGS
iDS时，MOSFET的截至频率fT
gm 2CGS
3 2
Vdsat 2L2
nCox
60A /V
2， pCox
30A /V
2, 反推得n
20 109
m2 V
Hz， p
10 109
m2 V
Hz
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北大微电子：模拟集成电路原理
设计规则与版图
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本讲内容
北大微电子：模拟集成电路原理
• 运放的带宽极限 • 偏置电路的设计 • 版图设计
– 设计规则 – 天线效应 – 减小栅电阻与漏寄生电容 – 对称性设计
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天线效应
北大微电子：模拟集成电路原理
• 刻蚀第一层金属时，这层金属就像一根天线， 会收集离子。
Lmin
0.5，NMOS
: Vdsat
0.2V，fT
3 2
20 109 0.2 6.28 0.25
Hz
3.8GHz
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北大微电子：模拟集成电路原理
高增益vs高速
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北大微电子：模拟集成电路原理
非主极点的极限频率（1）
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北大微电子：模拟集成电路原理
非主极点的极限频率（2）
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北大微电子：模拟集成电路原理
• 面积越大，收集的离子越多，击穿栅氧。图(a) • 解决方法：通过Metal2过渡。图(b)
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本讲内容
北大微电子：模拟集成电路原理
• 运放的带宽极限 • 偏置电路的设计 • 版图设计
– 设计规则 – 天线效应 – 减小栅电阻与漏寄生电容 – 对称性设计
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北大微电子：模拟集成电路原理
叉指晶体管
叉指数目：偶数
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偏置电路(PMOS)
W2/L2 W2/ML2 W2/L2
Vb4 Vdd VGS0 Vdd Vth0 Vdsat0 M 4、M 5串联后的晶体管M 45
VGS 45、Vdsat45
Vb3 Vb4 VGS45 VGS5
若M 0、M 5均取 W2 L2
而M
2取
W2 M L2
，因此M
45的等效沟长 M
高速Miller运放的设计（1）
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北大微电子：模拟集成电路原理
高速Miller运放的设计（2）
CL CGS6
fnd
gm6
gm6
2C L 1
1
2CGS 6
1
1
fT
1 1
fT 8
GBW fT 16
9
北大微电子：模拟集成电路原理
GBW最大值与L的关系
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本讲内容
北大微电子：模拟集成电路原理